どこまで強力な爆弾を作ることができますか？

質問

人類史上最大威力の水爆とされる旧ソ連のツァーリ・ボンバはTNT火薬換算で50メガトンの威力があったそうですが、当初100メガトンの設計だったものが自国への影響を懸念して変更されたと聞きました。
と言うことは100メガトン以上の水爆も作れるはずですが、大きさに制約を設けなければ爆弾の威力を際限なく大きくできるのでしょうか？それとも理論的に威力の上限が存在するのでしょうか？存在するとすれば大体で良いのでどれくらいの威力までなのか教えて下さい。
直感的には核反応を起こすための圧縮力は爆発の圧力に打ち勝ち続けることはできないでしょうから、どこかに上限が存在していそうな気がします。

回答No.3

ibm_111

>起爆点から離れたところにある重水素等は、核融合を起こすことなく吹き飛んでしまう（つまり無駄になる）のではないでしょうか。

そりゃあ、そうなるんじゃないでしょうか？

私の計算によると（いまいち自信なし）、
D-T反応は質量の0.35%をエネルギーに変換します。

一方、5.2Mt/tは、
その質量がすべて燃料（重水素・三重水素）だったと仮定すると
0.024%に相当します。

したがって、9割以上の重水素・三重水素は核融合せずに逃げていく計算になります。

以下、言い訳用
もちろんこの計算は、爆弾の質量が十分大きい時に
質量の大部分が燃料であることを仮定しています。
例えば、燃料に比例して起爆用原爆が増加するのであれば
この計算は成り立ちません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
ご回答の中に、目から鱗な部分がありました。
起爆点から離れた核融合材料が逃げてしまうのであれば、
「燃料に比例して起爆用原爆の数を増やす」というのは当然の手法かもしれませんね。
と言いますか、5.2Mt/tが確保された水爆を際限なく集積して、全て同時に起爆すれば
それこそ際限なく大きな爆弾ができてしまうと思います。

結局私が知りたかったのは、
「起爆用原爆が一個だとして、起爆点から離れた核融合材料が逃げてしまうようになる最大の爆弾のサイズ」
であることに気づきました。質問の仕方がちょっと曖昧で申し訳ありませんでした。

回答No.2

ibm_111

ウィキペディア「核出力」によると、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%87%BA%E5%8A%9B

結局のところ、すべての核分裂に基づく兵器には臨界量に対処することの難しさがあるために核出力にはおのずと限度がある。しかしながら、核融合爆弾（水素爆弾）には現在わかっている範囲では核出力の限界がない。原理的には、水素爆弾は数千 Mt、つまりギガトン (Gt) 級の核出力を持ち得たのである。

ということで、限界は無いようです。

お礼

ご回答ありがとうございます。
なるほど、水素爆弾の核出力には限界がないのですか。勉強になりました。
一点気になるのは、Wikipediaの例示がギガトン止まりであることです。
限界がないということは、当然テラトン、ペタトン以上の爆弾も作れるわけですよね。
例えば（材料が調達できたとして）地球と同じくらいの大きさの水素爆弾を作ったとします。
これでも核出力重量比は5.2Mt/tあるいはそれに近い水準を維持できますか？
水素爆弾の起爆には原子爆弾を使用します。
上記Wikipediaの記事にもあるように、核分裂を用いる原子爆弾には出力の限界があります。
つまり原子爆弾が加熱・圧縮できる重水素や三重水素の量には限界があるわけです。
問題は原爆によって誘起された核融合反応が（いかに巨大な爆弾であっても）隅々にまで伝播するのかという点です。
私の関心はここにあります。
起爆点から離れたところにある重水素等は、核融合を起こすことなく吹き飛んでしまう（つまり無駄になる）のではないでしょうか。

回答No.1

noname#133160

核反応を起こすための爆発は火薬ですね。それに対して臨界核反応はシェイクで終わります。シェイクとは時間の単位で１シェイクは光が１０ｍ進むのに必要な時間です。通常の核弾頭は３シェイクで全ての核分裂に至ると聞きます。

つまり核反応の速度と物体が爆発で圧縮されたり爆発して吹き飛ぶ速度は全く次元が違う（核反応から見れば物体は静止しているに等しい）という事です。水爆は核分裂反応を利用しますが、やはり事象は通ずるのではないでしょうか？

＃やはり直感でアドバイスさせていただきました。

お礼

ご回答ありがとうございます。シェイクという単位は初めて知りました。おおよそ30nsくらいでしょうか。
Wikipediaの「原子爆弾」を読むと、広島に投下されたリトルボーイには60kgのウランが使用され、実際に核分裂を起こしたのは1kgと推定されている、と書かれています。また、長崎に投下されたファットマンでは分裂効率14%だった、と書かれています。おそらく3シェイクに至るまでに核材料が四散してしまったのでしょうね。
たとえ効率1/60であっても、14%であっても、爆弾の規模に関係なくそれが維持されれば際限なく威力を高めることができます。それが可能なのか、どこかで限界が来るのか、それを知りたいと思っています。